Factores que Afectan la Excreción Nitrogenada en Teleósteos y

Factores que Afectan la Excreción Nitrogenada en Teleósteos y
Crustáceos
Sadasivam J. Kaushik
Fish Nutrition Laboratory, Unité Mixte INRA-IFREMER, Station d'Hydrobiologie, INRA
64310 Saint-Pée-sur-Nivelle, France, Tel: 33 559 515 900
E-Mail:[email protected]
Resumen
Los crustáceos y teleósteos son amoniotélicos, comprendiendo el amonio entre el 70 y el 90%
de los catabolitos nitrogenados. La ureagénesis y excreción de urea es relativamente pequeña
en ambos grupos. La excreción de nitrógeno endógeno (ENE) bajo condiciones de ayuno es
relativamente constante para una especie dada, a ciertas condiciones medioambientales.
Varios factores del medio ambiente, así como los factores bióticos afectan la excreción de
nitrógeno amoniacal. En animales alimentados, las proporciones de excreción de nitrógeno
amoniacal están relacionadas directamente a los niveles de proteína digerible consumida y a la
calidad de la proteína. En cultivos donde se usa alimentación, la optimización de la tasa
proteína digerible y energía digerible, así como el perfil de aminoácidos dietéticos, son
esenciales para reducir las pérdidas de nitrógeno y mejorar la utilización de la proteína. El
enfoque nutricional ha demostrado ser eficaz para reducir las descargas de nitrógeno en el
cultivo de salmónidos. Ese tipo de enfoques son muy aplicables a otros teleósteos y
crustáceos.
Introducción
En el cultivo de organismos acuáticos, la toxicidad de algunos de los compuestos nitrogenados
como el amonio y especialmente de nitritos es un problema mayor que debe ser tratado (Colt y
Armstrong, 1981). El rango de tolerancia varía entre las especies. Niveles subletales de esos
compuestos en el ambiente acuático incluso pueden provocar un crecimiento reducido, daño a
branquias y tejidos epidérmicos y por consiguiente mayor susceptibilidad a patógenos. Dado
que los peces y los crustáceos son principalmente amoniotélicos, los estudios sobre el
metabolismo y la excreción del nitrógeno cobran importancia para el mantenimiento de la
calidad del agua en acuacultura. El sustentabilidad de la acuacultura depende del conocimiento
más preciso de la dinámica de flujo de nutrientes, sobre todo bajo condiciones de cultivo en
estanques. Varias revisiones que tratan sobre el metabolismo y excreción de nitrógeno en
crustáceos (Claybrook, 1983; Regnault, 1987) y en teleósteos (Van Waarde, 1983; Cowey y
Walton, 1989; Wilkie, 1997) están ya disponibles. En las páginas que siguen, se hace un
esfuerzo por resumir y posiblemente actualizar la información disponible desde un punto de
vista comparativo para estos dos grupos de animales acuáticos. Se presta atención especial a
la importancia de factores nutricionales en la excreción de nitrógeno.
Kaushik, S. J. 2000. Factores que afectan la excreción nitrogenada en teleósteos y crustáceos. pp 237-250 En: CiveraCerecedo, R., Pérez-Estrada, C.J., Ricque-Marie, D. y Cruz-Suárez, L.E. (Eds.) Avances en Nutrición Acuícola IV.
Memorias del IV Simposium Internacional de Nutrición Acuícola. Noviembre 15-18, 1998. La Paz, B.C.S., México.
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Síntesis y excreción de catabolitos del metabolismo del nitrógeno
La degradación de las proteínas y ácidos nucléicos, endógenos o dietéticos, llevan a la
formación y excreción de diferentes compuestos nitrogenados. El amonio es el mayor producto
final del catabolismo de nitrógeno en teleósteos y crustáceos, y representa aproximadamente
del 70 al 95% del nitrógeno total excretado. En ambos grupos, la excreción de nitrógeno (N) en
forma de urea es relativamente baja (< 10-15% de la excreción total de N ). Trazas de otros
compuestos tales como ácido úrico y el óxido de trimetil-amina (TMAO) también se han
encontrado en la excretas de peces y crustáceos, aunque su significado cuantitativo es
limitado. En las primeros trabajos sobre crustáceos (Delaunay, 1931), se consideraba que los
aminoácidos eran el mayor grupo de catabolitos nitrogenados. A pesar de que se encuentran
cantidades pequeñas de aminoácidos libres en las excretas de ambos grupos, es claro que
esto es debido a un inadvertido exceso en el suministro de nitrógeno dietario y que la excreción
de los aminoácidos tiene un papel mas de osmoregulador, que reflejar el catabolismo de la
proteína en estos animales acuáticos.
Amoniogénesis y eliminación
El amonio se forma principalmente del catabolismo de aminoácidos. La mayoría del NH3
producido aparece en el hígado o el hepatopáncreas. Tres principales procesos (desaminación
directa, trans-desaminación de aminoácidos y ciclo de nucleótidos de purina) están envueltos
en la formación del amonio en teleósteos y crustáceos. La desaminación directa se limita a
algunos aminoácidos. El proceso de trans-desaminación involucra un traslado del grupo amino
a un aceptor ceto-ácido con la formación de un ceto-ácido y ácido glutámico que son
oxidativamente desaminados por la glutamato deshidrogenasa (GDH) para formar amonio.
Este proceso es generalmente reconocido como el más importante en la amoniogénesis en
teleósteos (Cowey y Walton, 1989). A pesar de controversias muy tempranas, un esquema
similar parece también ser válido en crustáceos (Regnault, 1987). En algunas especies de
crustáceos (Crangon crangon), la directa desaminación oxidativa del glutamato por la
glutamato deshidrogenasa (GDH) es suficiente para explicar toda la excreción del amonio
(Batrel y Regnault, 1985).
En teleósteos, se forma también amonio en músculo esquelético por el ciclo de nucleótidos de
purina, la importancia es relativa ya que puede ser modificado por los niveles de oxígeno
ambiental (Van Waarde, 1983). También se conocen crustáceos que poseen el sistema
uricolítico completo, aunque su contribución para la producción total del amonio sería pequeña
(Regnault, 1987). Algunos estudios también han indicado que la purina dietaria y nucleótidos
de pirimidina afectan la tasa de excreción del amonio en Artemia (Hernanoderona y Kaushik,
1983; 1985), aunque juegan un papel menor en la producción total del amonio.
Ureagénesis
En teleósteos y crustáceos, cuantitativamente, la excreción de urea es pequeña. También se
conocen tres vías diferentes para la formación de urea: ciclo ornitina-urea, catabolismo de
arginina y degradación de nucleótidos de purina. Ambos grupos parecen carecer de un ciclo de
urea totalmente funcional. Aunque las actividades de algunas de las enzimas involucradas por
el ciclo de la ornitina-urea se han detectado en ambos grupos (Schoeffeniels y Gilles, 1970;
Goldstein, 1972), la ureagénesis a través de este ciclo, es dudosa. Además, la arginina es un
aminoácido esencial en teleósteos (NRC, 1993) y crustáceos (Millamena et al. 1998b). En
teleósteos, el rompimiento de nucleótidos purina ha sido propuesto como la principal fuente de
urea (Vellas y Serfaty, 1974).
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Bajo algunas condiciones (alcalinidad alta), la síntesis de urea se ha demostrado en algunos
teleósteos (ver abajo). En todos los teleósteos y crustáceos estudiados hasta ahora, la tasa de
excreción del amonio muestra patrones postprandiales definidos, mientras que la excreción de
urea no varía mucho durante el día, independientemente de los cambios en las condiciones
tróficas. Una excepción a esto se ha visto en el turbot (rodaballo), un pez plano marino en el
que la excreción de urea, aunque cuantitativamente pequeña, parece mostrar un patrón
nocturno definido y difiere notoriamente de los patrones de excreción de urea de otros
teleósteos estudiados hasta ahora (Dosdat et al. 1995;1996).
Eliminación de productos de excreción
La mayor parte del amonio producido se excreta a través del epitelio branquial en teleósteos y
crustáceos, utilizando alguno de los tres posibles procesos: a) la difusión pasiva de iones NH4+
contra un gradiente de concentración, b) mecanismos de intercambio que involucran captación
de Na+ y eliminación de NH4+, y c) la difusión pasiva de NH3. En ambos grupos, teleósteos y
crustáceos, se sabe que existe el transporte activo de cationes y aniones. Mecanismos
específicos de intercambio, situados sobre el borde apical y/o basal de las membranas del
epitelio branquial, uniendo Na+ y Cl- externos con la excreción de cationes (NH4+) y aniones
(HCO3-) también han sido establecidos (Maetz, 1972; Claybrook, 1983; Regnault, 1987). Sin
embargo, falta por determinarse la importancia cuantitativa de tales mecanismos de
intercambio en la eliminación del amonio formado. Actualmente, se reconoce que la difusión
pasiva de NH3 por las branquias es cuantitativamente la ruta más importante de eliminación en
teleósteos, y parecería que también en crustáceos. Se ha demostrado la excreción de amonio
a través de la orina en teleósteos. Datos cuantitativos en cuanto al papel que juegan la piel (en
el caso de peces) o la glándula antenular y región anterior del intestino (en el caso de
crustáceos) en la eliminación de productos finales de nitrógeno son escasos (Kaushik et al.
1998). La excreción de urea también es continua y parece ocurrir principalmente a través de
las branquias y secundariamente a través de la orina. Sin embargo, los datos de Dosdat et al.
(1995) en el patrón nocturno de excreción de urea en un pez plano sugiere que, por lo menos
en esta especie, la excreción urinaria de urea podría ser predominante.
Factores que afectan la excreción de nitrógeno
Ambiente Físico-Químico
Salinidad:
Las diferencias básicas en la estructura y función de las branquias de peces de agua dulce y
peces adaptados a agua de mar se reflejan probablemente en mecanismos distintos de
excreción de amonio. Según Wilkie (1997), la probable ausencia del intercambio electroneutral
de Na+/H+ en el epitelio apical, hace el intercambio branquial de Na+/NH4+ improbable en
peces de agua dulce. En peces marinos, la alta permeabilidad catiónica de las branquias
permite mayor difusión de NH3, así como de NH4+. En la trucha arco iris eurihalina, estudios de
Wilson y Taylor (1992) indican que el intercambio activo NH4+/H+ predomina en agua dulce
considerando que NH4+/Na+ es el principal sistema de intercambio en agua de mar.
Mientras hay mucha información sobre los efectos de la salinidad en la excreción del amonio
en crustáceos, hay muy pocos datos sobre teleósteos. También se necesita estudiar si los
teleósteos estenohalinos responden de manera similar a las especies eurihalinas. Recientes
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datos comparativos (Dosdat et al. 1996), sugieren que las tasas de excreción del N de amonio
endógeno, así como los patrones postprandiales de excreción de amonio no muestran
diferencias entre especies estenohalinas (besugo, cherna, gurrubata) o eurihalinas (trucha arco
iris, trucha café) bien adaptadas al agua de mar. Almendras (1994b) encontró que la tasa pesoespecífica de excreción de amonio de juveniles de la cherna asiática (Lates calcarifer) en agua
dulce fue más alta que la de aquellos mantenidos en agua de mar. Wood y Kelly (1995)
observaron que el consumo de oxígeno y las tasas de excreción de amonio del besugo (Sparus
sarba) cultivado en agua a una salinidad de 15 %o fue más bajo que aquellos a 7 ó 35 %o
acompañado por un aumento en las tasas de crecimiento y de eficiencia proteica, sugiriendo
que existe una reducción en el costo metabólico de osmoregulación a la salinidad intermedia.
Se ha reportado en Penaeus monodon (Chen et al. 1994) que la excreción de N-amonio
disminuye al aumentar de la salinidad. Los crustáceos que viven en la zona de intermareas
están sujetos a una fluctuación diaria en la salinidad. En Crangon crangon, las tasas de
excreción de amonio aumentan durante las mareas del menguante, cuando hay un descenso
en la salinidad de 35 a 25 %o, y disminuyen cuando el perfil de salinidad se invierte (Regnault,
1983). Ella también observó que el efecto de un aumento en la salinidad, sobre la tasa de
excreción de amonio, fue más marcado que el efecto de una disminución en la salinidad,
sugiriendo probablemente la conservación de la proteína bajo condiciones de estrés. Dado que
a bajas salinidades las tasas de excreción de amonio son altas, cualquier otro factor ambiental
o nutricional adquiere un papel más importante a salinidades bajas, que en agua de mar (ver
abajo).
Debería hacerse una distinción entre los efectos del desafío hiposmótico y aquellos debidos a
una transferencia a medios hiperosmóticos. Transferir crustáceos marinos a agua dulce
conlleva a incrementar las tasas de excreción de amonio, como respuesta al estrés hipotónico.
Pero, en crustáceos de agua dulce sujetos a un aumento en la salinidad, las respuestas en
términos de excreción de N son menos consecuentes. Según la mayoría de los datos de la
literatura, parece ser que cambios agudos en la salinidad, inducen cambios notables en las
concentraciones de aminoácidos libres en el plasma (los cuales juegan un papel importante de
osmoregulación en peces y camarón) y por tanto en la tasa de excreción del amonio, mientras
que en animales bien adaptados, los cambios en la respuesta llegan a ser menos notables. De
manera similar, en situaciones en las que las tasas de excreción de amonio se incrementan
significativamente, por ejemplo: después de la ablación unilateral del pedúnculo ocular, los
efectos de cambios en salinidad del medio ambiente parecen tener poco efecto en juveniles de
Penaeus japonicus (Chen y Chia, 1996). En consecuencia a lo anterior, y como lo sugirió
Regnault (1987), la capacidad osmoreguladora de los animales determina los mayores
cambios en las tasas de excreción de amonio.
Temperatura:
Generalmente, un aumento en la temperatura del agua lleva a un aumento en la tasa
metabólica basal en todos los ectodermos. Bajo condiciones de ayuno, un aumento en la tasa
catabólica, debido a un ascenso en la temperatura, se refleja en niveles mayores de excreción
de N-amonio en teleósteos (Guérin-Ancey et al. 1976; Kaushik, 1980) y en crustáceos
(Gerhardt, 1980; Chen y Kou, 1996b). Bajo condiciones de alimentación, dado que la ingesta
voluntaria del alimento aumenta, consecuentemente hay un aumento en el gasto de energía,
así como en la excreción de nitrógeno. Cuando la pérdida relativa de nitrógeno se corrige,
considerando el consumo de N, esta no parece ser muy diferente en la trucha arco iris
engordada a 8 ó 18°C (Kaushik, 1980). Schmitt et al. (1992) reportaron que en Crangon
crangon, el efecto crónico de un cambio de temperatura sobre las tasas de excreción de
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nitrógeno era más evidente a salinidades bajas (18 y 25 %o) que en agua marina. Estos datos,
así como aquellos de Wilson y Taylor (1992) en trucha arco iris, sugieren fuertemente que el
perfil natural de salinidad tiene que ser considerado al analizar datos de los efectos de otros
parámetros ambientales sobre al excreción del amonio.
pH:
La excreción branquial de amonio, dióxido de carbono y de bicarbonatos son el resultado del
catabolismo de aminoácidos que puede llevar a cabo los cambios perceptibles en pH a nivel de
la interfase branquia-agua. Tales cambios en el pH pueden inducir cambios en las
proporciones relativas de amonio ionizado o no ionizado liberado. Hay pocos datos sobre los
efectos del cambio de pH ambiental (agudo o crónico) en la excreción de amonio. Cuando el
langostino del agua dulce, Macrobrachium rosenbergii, se transfiere a aguas con niveles de pH
altos, se ha observado un aumento en la tasa de excreción de urea (Chen y Kou, 1996a). Sin
embargo, el langostino sigue siendo amoniotélico principalmente. En el caso de los peces, sólo
una especie de tilapia Oreochromis alcalicus, que vive permanentemente en un ambiente
alcalino (Lake Magadi, pH ~ 10), se le ha encontrado ser predominantemente ureotélica
(Randall et al. 1989) con un aumento significativo en las actividades de las enzimas
involucradas en la ureagénesis. Nuestros estudios (Kaushik et al. 1997) con otra especie de
tilapia (Tilapia niloticus) mostraron que el pH del agua del medio tenía sólo un efecto menor en
la excreción del amonio; sin embargo, una inducción de la actividad hepática de carbamil
fosfato sintetasa (CPS) y de glutamina sintetasa (GNS) bajo condiciones alcalinas se detectó,
conllevando a un aumento ligero en la excreción de urea. La información de los efectos de los
niveles del pH en el ambiente acuático sobre la excreción de catabolitos nitrogenados y las
actividades enzimáticas ureagénicas para otros peces y crustáceos cultivados bajo condiciones
semi-intensivas en estanque serían de especial interés, sobre todo cuando las condiciones de
pH del estanque pueden cambiar de manera significativa diurnamente, estacionalmente o
debido a las prácticas de cultivo que involucran fertilización con nitrógeno orgánico e
inorgánico.
Amonio ambiental:
Desde hace mucho tiempo se sabe que un aumento en los niveles de amonio ambiental lleva a
un aumento en las concentraciones de amonio en la sangre o hemolinfa de teleósteos (Fromm
y Gillette, 1968) y de crustáceos (Needham, 1957). Mientras que la captación de amonio del
agua circundante está relacionada linealmente con la calidad de agua, los datos sobre los
efectos consecuentes en las tasas de excreción de N-amonio en crustáceos son un poco
polémicas. Altas concentraciones de amonio ambiental llevan a un trastorno de los sistemas de
intercambio branquial de Na+ - NH4+ en crustáceos (Chen et al. 1993) así como en teleósteos
(Maetz, 1972). Algunos autores han observado que las tasas de excreción de N-amonio no son
afectadas por los niveles de amonio ambiental (Regnault, 1987). Sin embargo a muy altas
concentraciones de amonio ambiental, en algunas especies de peneidos se ha observado una
inhibición en la excreción del amonio (Chen et al. 1994). Con el incremento del N-amonio
ambiental, las concentraciones de otros catabolitos de nitrógeno además del amonio (urea,
niveles de aminoácidos libres totales y taurina) también aumentaron en crustáceos (Chen et al.
1994). Un aumento en la ureagénesis y la excreción de urea se ha reportado en teleósteos
(Wright, 1993), aunque en el turbot (rodaballo), la concentración de urea en el plasma
disminuye con el incremento de los niveles de amonio ambiental no ionizado (Rasmussen y
Korsgaard, 1998).
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Tales cambios en las concentraciones de catabolitos internos y las tasas de excreción también
reflejan hasta cierto punto los cambios en la permeabilidad de la membrana branquial a los
cationes. Estudios de Cameron (1986) esclarecieron esto desde una perspectiva comparativa;
bajo condiciones de altas concentraciones de amonio en el ambiente, los niveles de amonio
interno (sangre, hemolinfa) aumentan rápidamente tanto en un teleósteo de agua dulce (bagre)
como en un crustáceo marino, el cangrejo azul (Callinectes sapidus), con una disminución en la
excreción de amonio. En este último sin embargo, ocurre una alcalosis rápida, mostrando que
ningún sistema de intercambio de cationes es operacional en esta especie.
También parece existir una interacción entre la salinidad del agua y las concentraciones de
amonio ambiental. En la trucha arco iris, la carga total de amonio en el plasma aumentó,
durante la exposición a amonio ambiental, al incrementar la salinidad (Wilson y Taylor, 1992).
Además, la difusión trans branquial de NH4+ es considerada más importante como una ruta
para la excreción del amonio en agua de mar que en trucha de agua dulce. Los incrementos de
permeabilidad a NH4+ también implicarían que la toxicidad del amonio será mayor en agua
marina que en los peces de agua dulce o crustáceos.
Bajo condiciones in situ de cultivo de camarón en estanques, donde la densidad de la biomasa
y las tasas de recambio de agua son conservadas dentro de los niveles normales,
probablemente no hay ningún peligro de exceso en los niveles de amonio ambiental. Sin
embargo, algunas consideraciones deben ser dadas para los posibles efectos por acumulación
de amonio, especialmente cuando la salinidad del agua, la temperatura y los niveles de pH
pueden variar considerablemente, afectando la proporción de amonio no ionizado (Trussell,
1972; Bower y Bidwell, 1978), y cuando las tasas de recambio de agua son pobres. El rango
seguro de amonio no ionizado para diferentes camarones varía entre 0.02 y 0.24 mg NH3-N/ L
(Ostrensky y Wasielesky, 1995) y para teleósteos marinos entre 0.1 a 3.4 NH3-N/ L (Handy y
Poxton, 1993).
Los niveles de N-nitrito ambiental igualmente modifican las tasas metabólicas y la excreción de
N-amonio. En Penaeus monodon y Penaeus japonicus, la excreción de N-amonio y la presión
parcial de oxígeno de la hemolinfa aumenta, mientras el pH de la hemolinfa, HCO3 -,
oxyhemocianina y los niveles de proteína disminuyen con el incremento de N-nitritos
ambientales (Chen y Cheng, 1995). Bajo tales condiciones, los nitritos acumulados tras una
exposición a nitritos ambientales afecta el metabolismo de nitrógeno y el equilibrio ácido-base a
bajo pH de la hemolinfa.
Los niveles de oxígeno disuelto y respiración aérea:
En langostinos marinos y de agua dulce, las tasas de excreción de amonio no parecen ser
modificadas por los niveles de oxígeno ambiental (Laxminarayana y Kutty, 1982). Sus datos
muestran que dado que niveles bajos de oxígeno disuelto llevan a una disminución en la
captación de oxígeno, la contribución de sustratos nitrogenados como fuente de energía
aumenta significativamente. En teleósteos, bajo condiciones hipóxicas, la contribución del
hígado a la producción de amonio total parece ser reducida, mientras que la del músculo
esquelético es incrementada (Van Waarde, 1983). En especies como la carpa dorada, tolerante
a la hipoxia, bajo condiciones anaeróbicas, a través de los diferentes mecanismos de
amoniogénesis: (la desaminación de adenilatos vía desaminasa adenilato, desaminación del
aspartato vía el ciclo de nucleótido purina, ruptura de alanina al etanol, CO2 y NH3, y oxidación
del glutamato) se mantiene a una tasa equivalente a la observada bajo las condiciones
normóxicas.
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Los crustáceos y algunos peces que viven en la zona de intermareas están sujetos a
fluctuaciones en la exposición al aire. Bajo tales condiciones, algunos crustáceos parecen
combatir el estrés hiperosmótico provocado por el incremento en las concentraciones de
amonio en los fluidos corporales y la excreción disminuida de amonio, por la formación de
glucosamina (Regnault, 1994). No hay este tipo de datos disponibles para peces de la zona de
intermareas, pero los datos compilados por Saha y Ratha (1998) con teleósteos que respiran
del aire, claramente muestran que el ureotelismo es una manera de contrarrestar un aumento
excesivo de amonio dentro del cuerpo bajo circunstancias adversas por falta de suficiente
agua.
Factores Bióticos
Peso del cuerpo:
Desde hace mucho tiempo la relación entre peso del cuerpo y las tasas metabólicas se han
demostrado en peces y crustáceos. Clifford y Brick (1978) observaron que las tasas de
excreción de nitrógeno amonio peso-específico disminuyeron con el incremento del peso del
cuerpo en Macrobrachium rosenbergii con un coeficiente de -0.764, casi similar a valores
encontrados en teleósteos (0.6 a 0.8). Datos de Marangos et al. (1990) mostraron un pesoespecífico muy alto en la tasa de excreción del amonio en la post-larva de Penaeus japonicus
comparada con camarones mas grandes. Incluso en crustáceos pequeños como la Artemia, se
ha reportado una relación inversa entre el peso del cuerpo y las tasas de excreción del amonio
(Nimura et al. 1991).
Fases fisiológicas:
Pocos estudios han medido la excreción de nitrógeno durante la embriogénesis, crianza y
desarrollo larval de peces o crustáceos. Nuestros estudios (Kaushik et al. 1982 y Dabrowski et
al. 1984) han mostrado que durante la crianza, hay una alza en la descarga de amonio. Este
esquema parece válido para salmónidos, así como para larvas de peces marinos (Roennestad
et al. 1992). Ningún dato cuantitativo parece estar disponible sobre crustáceos. La fase de
intermuda es de particular interés en el caso de crustáceos, particularmente en términos de la
proteína, y crecimiento, por consiguiente una tasa de excreción de N-amonio muy alta antes y
después de la muda (Regnault, 1987).
Actualmente no hay en absoluto información sobre los posibles efectos del desarrollo gonadal
en el metabolismo del nitrógeno y excreción en teleósteos. En crustáceos, se han estudiado
con poco detalle los mecanismos neuroendocrinos involucrados con la ablación del pedúnculo
ocular. La ablación del pedúnculo ocular o inyección de extractos del pedúnculo ocular parecen
inducir a cambios significativos en la excreción de amonio (Raman et al. 1981) principalmente
en relación con los cambios de otros parámetros osmoreguladores (Santos y McNamara,
1996).
Factores de estrés relacionados:
En animales cultivados, el manipuleo es un factor que se conoce como causante de cambios
significativos en diversas funciones metabólicas. En crustáceos, el manipuleo ha mostrado un
incremento significativo en los requerimientos de oxígeno y la tasa de excreción del amonio
(Almendras, 1994a). De manera similar, en Crangon crangon, el estrés relacionado con el
manipuleo provoca, dentro de los primeros minutos, un incremento en las concentraciones
totales de amonio en la hemolinfa, así como un incremento de cinco veces la tasa de excreción
de amonio (Hunter y Uglow, 1993). Otro punto digno de mencionarse, y que ha sido planteado
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ya por Regnault (1987), es que bajo las condiciones experimentales, se presta muy poca
atención a los efectos del ruido ambiental sobre los parámetros metabólicos. Datos
cuantitativos sobre este aspecto en teleósteos aún no existen.
Cambios inducidos por la dieta
Disponibilidad de comida o ayuno:
Las tasas de excreción de nitrógeno endógeno (ENE) medidas generalmente en animales
después de un corto período de ayuno son más bajas que en animales alimentados y
representan el “turnover” o utilización de proteína del cuerpo para el mantenimiento de las
funciones vitales. Esta tasa de ENE se sitúa entre 100 y 200 mg N/kg de peso corporal/día en
la mayoría del teleósteos afectados por dos factores mayores: el peso del cuerpo y la
temperatura del agua. Datos de Koshio et al. (1993) con el camarón kuruma (P. japonicus)
sugiere que esta cantidad de ENE sería de aproximadamente 240 mg N/kg de peso corporal
/día.
Cuando el período de ayuno es demasiado largo, el catabolismo de proteína del cuerpo lleva a
grandes pérdidas de nitrógeno en teleósteos y crustáceos. En algunos casos, las tasas de ENE
en crustáceos en ayuno resultaron ser más altas que en aquellos animales alimentados
(Schmitt y Santos, 1998). Según Regnault (1987), en todos los crustáceos decápodos bajo
condiciones de inanición, las tasas de excreción de N-amonio permanecen más altas que en
los animales normales. Batrel y Regnault (1985) observaron en Crangon crangon que tras 7
días de ayuno, disminuyó significativamente (50%) la actividad de la glutamato deshidrogenasa
(GDH), pero que no se notó ninguna disminución mayor en la actividad de la GDH cuando el
período de ayuno se extendió a 17 días. La información referente al efecto de los factores
dietarios sobre la actividad de la GDH está lejos de ser clara (Kaushik y Cowey, 1991). Se sabe
que el historial nutricional reciente también influye en la tasa ENE de teleósteos (Kaushik y
Médale, 1994) y de crustáceos (Koshio et al. 1993).
Suministro cuantitativo de la proteína:
En teleósteos y crustáceos, se ha demostrado una relación directa entre la ingestión de N y la
excreción de N-amonio. Bajo condiciones de alimentación, la excreción de nitrógeno total
aumenta con la ingestión creciente de N en casi todos los teleósteos de agua dulce y marinos
(Kaushik, 1980; el Dosdat et al. 1995; el Kaushik et al., 1995; Forsberg, 1997; Chakraborty y
Chakraborty, 1998). Datos de Rosas et al. (1996) y de Schmitt y Santos (1998) también
muestran que la tasa de excreción de nitrógeno de amonio de Penaeus sp. Sigue a los niveles
de proteína en la dieta, aunque la amplitud de las respuestas pudiera ser diferente entre las
especies dependiendo de sus requerimientos proteicos y de sus capacidades de usar proteínas
dietarias como fuente de energía. Incluso en especies como Artemia, estudios de Tanaka
(1993) muestran una relación directa entre la ingestión de N y la excreción de N-amonio.
Nosotros mostramos que en esta especie en particular, la excreción de N-amonio es afectada
por el suministro dietario de purinas y pirimidinas. Tales efectos del nitrógeno no proteico de la
dieta sobre la excreción de nitrógeno han sido poco estudiado en peces.
Los patrones postprandiales de la excreción de N-amonio también son comparables entre los
teleósteos y los crustáceos. Koshio et al. (1993) observó que después de un período de
alimentación de una hora, la excreción acumulada de amonio en un período subsecuente de 5
horas aumentó a medida que aumentó el contenido en proteína de la dieta, y que la excreción
de amonio alcanzó un máximo dentro del primer período de 3 horas en todos los grupos de
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organismos. En contraste, las tasas de excreción de amonio de camarones alimentados
inicialmente con dietas conteniendo diferentes niveles de proteína, y privados de alimento por
24 h, fue constante, indicando que un período de inanición de 24 h eliminó las diferencias en
las tasas de excreción de amonio debidas a la variación en el contenido de proteína en la dieta.
Esto es sobre todo de interés particular al emprender estudios sobre los efectos de factores
dietarios en las tasas de excreción de N-amonio. De hecho, algunos estudios (Cockroft y
McLachlan, 1987) han reportado que no hay ninguna relación entre la ingestión de N y la
excreción de N en camarón, probablemente estos resultados están ligados a problemas de
control de la ingestión del alimento, así como a mediciones hechas después del pico máximo
postprandial en la tasa de excreción del N-amonio.
Calidad de la proteína del alimento y equilibrio de aminoácidos:
La calidad de la proteína dietaria afecta significativamente la utilización de la proteína en todos
los animales. Existe abundante información sobre dicho efecto, en términos de crecimiento y
utilización de N en ambos grupos de animales acuáticos. El valor biológico de diferentes
fuentes de proteína está íntimamente ligado a la composición en aminoácidos esenciales
(AAE). Los peces y los crustáceos requieren los mismos diez aminoácidos esenciales. Con
respecto a los requerimientos cuantitativos de crustáceos, la información disponible se limita
más bien a pocos aminoácidos individuales tal como la lisina o la arginina (Fox et al. 1995;
Millamena et al. 1998b). Una serie de datos sobre los requerimientos cuantitativos para los diez
aminoácidos esenciales apenas se obtuvo recientemente para Penaeus monodon (Millamena
et al. 1998a). Sus estudios también sugieren que un exceso en el suministro de aminoácidos
en la dieta puede llevar a una disminución del crecimiento, con una definida respuesta
cuadrática. Una comparación de datos disponibles sobre la composición general de
aminoácidos del cuerpo del camarón muestran que no son muy diferentes de los de peces
teleósteos.
En la trucha arco iris, los niveles de aminoácidos dietarios y desequilibrios de estos (Kaushik et
al. 1988), afectan las tasas de excreción de amonio y urea. La inclusión de proteínas vegetales
modifica el equilibrio de aminoácidos esenciales en las dietas de peces, y de esta manera se
afecta la excreción de N-amonio en la trucha (Médale et al. 1998) y en la cherna (Díaz et al.
1998). Una mejoría en el equilibrio de aminoácidos, a través del suplemento con aminoácidos
cristalinos, se ha observado desde hace tiempo en teleósteos y crustáceos. En salmónidos, se
ha mostrado que una reducción significativa en las pérdidas de N (y también de fósforo)
pueden ser logradas por el uso de dietas en las que la harina de pescado es reemplazada por
proteínas vegetales, pero adecuadamente complementada con aminoácidos (Rodehutscord et
al. 1994). Trabajos recientes en la evaluación de la calidad de la proteína en camarón también
sugieren que la composición en aminoácidos de la dieta tiene un gran impacto en la utilización
de la proteína. Datos de Ezquerra et al. (1998) mostraron que el crecimiento de Penaeus
vannamei es muy influenciado por niveles de arginina dietaria. En este contexto, valdría la
pena comprobar que si los niveles de arginina dietarios modifican las tasas de excreción de
urea en éstos camarones.
Otros factores dietarios que mejoren la utilización de la proteína dietaria pueden afectar
consecuentemente las tasas de excreción de nitrógeno. Estudios recientes por Giri et al. (1997)
también han mostrado el pobre crecimiento del camarón kuruma (P. japonicus) observado en la
ausencia de un suministro dietario de piridoxina, el cual también fue acompañado por una baja
excreción de N-amonio. Cuando el suministro dietario de esta vitamina B se restauró por arriba
de los niveles del requerimiento, la mejora global en la utilización de nitrógeno dietario fue
acompañada por un aumento en la excreción de N-amonio.
245
Optimización de las proporciones de proteína digerible - energía digerible (PD/ED):
La relación lineal entre la ingesta de N y la excreción de N tiene que ser considerada, bajo la
luz de posibles efectos de los niveles dietarios de energía digerible, tomando en cuenta que la
excreción de N-amonio es muy influenciada por la tasa PD:ED (Kaushik y Oliva Teles, 1986;
Kaushik y Cowey, 1991). En estudios con trucha arco iris Médale et al. (1995) han mostrado
que las pendientes de regresión entre nitrógeno ingerido y nitrógeno excretado, así como los
niveles de la excreción basal de nitrógeno son afectados por la tasa proteína digerible/energía
digerible (PD/ED). La retención de nitrógeno en teleósteos varía entre 25 y 45%. Valores para
el crecimiento del camarón bajo condiciones de cultivo, muestran que esto pudiera ser mucho
menor (Funge-Smith y Briggs, 1998; Martin et al. 1998).
En años recientes, se ha logrado un gran progreso en la nutrición del salmón por la
optimización de las proporciones de PD/ED en el alimento, desarrollando dietas extruídas con
alto nivel de energía (de hecho, ricas en grasas) que han llevado a disminuir la descarga de
nitrógeno en el ambiente. Información disponible sobre la cherna (Ballestrazzi et al. 1994) y el
besugo (Médale, comunicación personal) también muestran que la excreción de N es reducida
con la disminución en las proporciones de PD/ED. Los datos sobre las proporciones óptimas de
PD/ED en la dieta para Penaeus sp. son extremadamente divergentes. De los datos resumidos
por Cuzon y Guillaume (1996), el rango para una sola especie como P. monodon está entre 20
y 49 mg proteínas/kJ de energía digerible; el rango es más alto cuando uno toma en cuenta los
datos de otras especies de peneidos. Datos más recientes, obtenidos bajo condiciones de
alimento y medioambientales bien controladas, tienden a mostrar que los niveles óptimos
serían cercanos a 20 mg/kJ (ver Cuzon y Guillaume, 1996), no muy diferente a lo que se
sugiere actualmente para teleósteos. Puesto que los crustáceos parecen no tolerar niveles
altos de grasas en sus dietas, la optimización de la proporción de PD/ED necesariamente
involucra la inclusión de niveles altos de hidratos de carbono digeribles además de la reducción
de niveles de la proteína dietaria. Capuzzo y Lancaster (1979) reportaron efectos benéficos por
hidratos de carbono digeribles en términos del ahorro de proteína y excreción de N-amonio en
la langosta americana (Homarus americanus). Más recientemente, Cousin et al. (1996)
encontraron que la gelatinización de los hidratos de carbono de la dieta mejoraron la utilización
de N en Penaeus vannamei y P. stylirostris, tanto como en los teleósteos (Jeong et al. 1992).
Conclusión
Los teleósteos y los crustáceos comparten mecanismos muy similares de producción y
excreción de catabolitos nitrogenados. Con respecto a los efectos de factores abióticos, la gran
cantidad de datos sugiere que la capacidad osmoreguladora de los animales dicta los cambios
mayores en las tasas de excreción de amonio. Con respecto a los factores bióticos, hay
muchas necesidades de aprender sobre la utilización del nitrógeno y el catabolismo en las
fases fisiológicas específicas como reproducción y la ontogénesis temprana. Los efectos de
factores dietarios son menos conocidos en crustáceos que en teleósteos, aunque existe
evidencia que sugiere respuestas muy similares de los animales a los factores nutricios. Sin
embargo, para una estimación precisa del flujo de nitrógeno bajo los sistemas de cultivo en
estanques semi-intensivos, se debe generar más conocimiento, sobre todo en las interacciones
del nitrógeno y específicamente el sedimento.
246
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